复合装甲防护材料对其抗弹性能影响研究

目的复合装甲防护材料是影响其抗弹效应的重要影响因素,合理应用防护材料可在质量、尺寸等约束条件限制下,大幅度提高复合装甲的抗弹能力。方法针对装甲车辆不同角度的防护需求,通过建立不同防护材料组成的复合装甲仿真模型,研究其在不同角度下抗弹性能,并通过靶试试验验证模型的有效性。结果在100 mm、防54式12.7 mm穿甲燃烧弹,陶瓷复合装甲抗弹性能随着入射角的增大先高于钛合金复合装甲,后逐渐下降,当入射角达到45°时,陶瓷复合板的抗弹性能接近于钛合金复合板,随着角度的继续增大,钛合金复合板的抗弹性能逐渐优于陶瓷复合板。结论通过在100 m射距、48°法线角下的陶瓷及钛合金防护复合装甲靶试试验,验证所建立仿真模型的有效性,进而后续复合装甲抗弹性能设计研究,可基于仿真模型确立最优包装材料及其结构,减少靶试试验,提高设计效率及增加经济效应。

焊丝成分对超高强装甲钢焊接接头组织与性能的影响

利用气体保护电弧焊工艺完成了4.5 mm和9.0 mm超高强装甲钢的焊接,研究了焊丝(MG70S-6和ER307Si焊丝)成分对接头组织与性能的影响,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征方法对焊接接头各区域进行微观组织和物相结构的分析,并测试了接头的硬度分布、拉伸性能和冲击韧性。结果表明,焊接接头成形质量良好,无明显未熔合、气孔、裂纹等缺陷,焊缝区组织为片状马氏体、针状铁素体和少量粒状贝氏体,完全淬火区组织为马氏体和贝氏体,不完全淬火区组织为马氏体和铁素体,回火区析出网状渗碳体。焊接接头的热影响区软化现象较为明显,接头难以达到与母材等强,断裂主要发生在焊缝区,呈现出脆性断裂特征。采用ER307Si焊丝焊接的9.0 mm装甲钢接头的焊缝室温冲击功达到94 J,完全满足使用要求。

一种基于光电自准直法的装甲战车原位校炮系统

为了解决当前装甲战车校炮时空受限、精度低、过程复杂、无法现场原位校炮等问题,提出了一种基于光电自准直法的装甲战车原位校炮系统。基于镜炮一致性原理,设计校炮装置的机械结构;构建平行光管及其内部光路结构,利用光学自准直原理实现模拟无穷远处虚拟靶标;建立校炮装置的误差模型,通过对误差模型进行分析与合成以评定校炮装置参数的精确性,确定装置允许的最大误差值;通过实验对系统性能进行了实际测试与验证。结果表明:利用所设计的误差模型,其校准误差最大不超过传统校炮方式的60%,且时间缩短了一半以上,符合设计要求,具有较强的稳定性。装甲战车原位校炮系统可应用于装甲战车校炮工作,提高校炮的效率及精度、实现现场原位校准,为装甲战车校炮提供了一种新方法、新思路。

反装甲导弹导引头抗干扰能力与关键技术发展

针对反装甲导弹面临的复杂战场环境、多样化作战目标和复杂干扰环境,分析其抗干扰能力和关键技术需求。分析反装甲导弹导引头面临的干扰威胁、抗干扰特点和不足,以科学高效提升反装甲导弹导引头抗干扰能力为目标,给出相关措施与建议。结果表明,该分析可为提升反装甲导引头抗干扰能力提供参考。

抗半速12.7mm穿甲燃烧弹陶瓷装甲数值模拟与试验研究

为了研究半速12.7 mm穿甲燃烧弹侵彻条件下,陶瓷横向尺寸对其抗弹性能的影响规律以及陶瓷抗弹性能对支撑条件的响应,同时探究可实现有效防护的复合装甲结构,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对弹体侵彻陶瓷复合装甲的过程进行数值模拟,并进行靶试试验验证。结果表明:随着陶瓷横向尺寸增大,其消耗弹体能量比例不断增加,当陶瓷尺寸增大至6倍弹径时,其消耗弹体能量比例基本稳定;陶瓷抗弹性能与其支撑条件相关,碳纤维对陶瓷的支撑作用大于PE对陶瓷的支撑作用;12 mm碳化硅+3 mm碳纤维+12 mm PE组成的陶瓷复合装甲可实现抗半速12.7 mm穿甲燃烧弹的有效防护。数值模拟分析结果和试验结果吻合良好,说明了数值模拟方法的正确性和模拟结果的有效性。

装甲钢低相变点马氏体焊缝金属韧性劣化及其控制

综述了装甲钢低相变点马氏体焊缝金属韧性劣化及其控制。结果表明,低相变点马氏体焊缝金属常温冲击韧性低于母材的韧性劣化或韧性不稳定现象,与不同焊接方法所形成的马氏体焊缝显微组织及其含氧量的差异密切相关。降低焊缝马氏体相变温度的相关化学元素和成分含量在一定程度上有利于改善焊缝韧性,但焊缝化学成分并不是影响焊缝韧性的唯一因素。GTAW试样比GMAW试样焊缝冲击韧性高,焊缝中的含氧量是焊缝冲击韧性提高的内在因素。以形成低相变点马氏体组织为目标焊缝化学成分的控制和以焊缝中氧含量极低焊接方法的选用原则,是控制装甲钢焊缝韧性的有效途径。

高速动能弹撞击装甲结构引起的螺栓连接失效及部件过载损伤研究

目的 验证和揭示高速动能弹对装甲结构的损伤机理。方法 聚焦高速动能弹打击装甲目标时,弹道冲击造成的靶标结构连接失效及部件过载损伤这2种损伤效应,以典型螺栓连接为研究对象,采用高速球形弹丸撞击螺栓连接结构的小尺寸试验对数值模拟方法和材料模型参数进行校验。在此基础上,采用数值模拟和冲击响应谱分析方法对高速动能弹打击全尺寸坦克进行模拟分析,获得撞击过程螺栓连接失效特征、主要影响因素及坦克典型位置部件的冲击加速度曲线和冲击响应谱曲线。结果 在小尺寸试验中,动能输入为0.042MJ时,螺栓连接未发生失效;但25.6MJ动能输入全尺寸坦克时,螺栓发生断裂而使连接失效。数值模拟结果揭示了螺栓发生断裂的主要原因。结论 输入动能大小、连接螺栓直径、模拟设备部件质量和撞击位置为螺栓是否断裂的主要影响因素。坦克某些位置的冲击响应谱曲线高于军用标准给出的临界曲线的下限甚至上限,表明这些位置的部件因高过载损伤导致失效的概率较高。

三层组合陶瓷复合装甲的抗侵彻性能及其损伤机制

为了研究相同面密度下Kevlar/SiC-TC4-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合靶板的复合结构参数对其抗弹性能的影响和失效机理,选用4组不同厚度组合的靶板试样,并使用12.7 mm穿燃弹以相同着靶速度(488 m/s)进行弹道冲击实验。使用扫描电子显微镜(SEM)研究复合装甲板在弹道侵彻下的损伤模式。实验结果表明:在所述实验条件下8 mm+2 mm+10 mm厚度组合的Kevlar/SiC-TC4-UHMWPE复合靶板是最佳的抗侵彻工程应用结构;在同等面密度条件下,将1 mm厚陶瓷替换成同等面密度的TC4钛合金背板(约0.5 mm厚)时,复合装甲板的抗弹道侵彻性能提升了约29.69%,可见钛合金的结构参数对复合装甲板抗弹性能的影响权重大于SiC;钛合金背板面密度的增加不仅增强了对陶瓷的支撑作用,而且增加了弹-靶作用时间,提升了复合靶板的整体防护性能;12.7 mm穿燃弹侵彻后复合装甲板的损伤模式包括SiC碎裂、钛合金背板少量隆起变形及十字形拉伸撕裂损伤、UHMWPE层合纤维背板剪切断裂、层间分离和纤维拉伸;在整体复合装甲的设计中,应将高抗剪材料放置在背板的前几层,将高抗拉材料放置在背板后几层,以充分利用每种材料。

强化驻留效应的陶瓷复合装甲抗弹性能

轻强化是防护装甲永恒的追求,通过结构创新设计是实现装甲轻强化的重要手段。本文基于陶瓷驻留效应防护机制,对填充陶瓷进行结构设计从而达到强化驻留效应的目的,有效提高了防护装甲的轻强化,并且探索了结构参数对新型防护装甲防护性能的影响规律。结果表明:新型复合装甲的抗弹机制呈现出驻留效应和厚度效应的顺序耦合;当锥角为60°时,新型防护装甲的驻留效应最大,且随着锥角层高度的增大,驻留效应进一步增大;与传统的陶瓷复合装甲相比,在动能耗散率和弹体剩余速度相当的前提下,新型防护装甲的质量降低了16.7%。

装甲车辆大功率电驱动系统传导干扰预测模型构建方法

装甲车辆动力系统大功率电驱动系统中开关模组的高速切换将产生一系列高压瞬态脉冲及宽频谐波干扰,对高度电气化的整车系统构成严峻威胁。针对大功率电驱动系统产生的传导干扰缺乏数字化检测及分析问题,提出一种系统级的传导干扰预测模型构建方法。对电驱动系统各电气部件例如高压电池组、逆变器、负载电机分别独立建模;基于多导体传输线方法,将各模型通过表征系统寄生效应的传输线进行级联,进而构成完整的分布式系统级传导干扰预测模型。通过测试台架对新提出的模型进行精度测试对比验证。对比验证结果表明,新构建的模型在10 kHz~100 MHz频段范围内仿真精度优于8 dB,可为电驱动装甲车辆的电磁兼容正向设计提供有效支撑,具备创新性及实用性。

坦克装甲车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制:架构设计及前沿思考

为保障坦克装甲车辆电力系统在复杂环境中的安全可靠、优质高效运行,发展以主动弹性、协调优化、灵活互动为主要特征的车载电力系统是未来一代全电战车的重要发展方向。聚焦于以全电化为特征的坦克装甲车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制研究。从内在要求和外在驱动2方面阐述发展坦克装甲车辆电力系统的必要性和挑战;从架构设计的角度介绍车辆电力系统源网荷储协同优化与安全控制的核心内容及关键技术,包括极端环境下的主动弹性安全控制技术、正常环境下的多时间尺度优化调度技术以及大扰动源场景下的灵活动态调控技术。继而结合弹性电力系统的内涵,探讨基于弹性优化控制的坦克装甲车辆电力系统在面对极端或突发事件时的性能特点。为未来我国坦克装甲车辆电力系统的发展提供参考。

基于准零刚度的坦克装甲车辆半主动惯容悬架控制策略

为了提高坦克装甲车辆悬架系统的减振性能,提出“惯容-弹簧”准零刚度的基本架构,以惯容、弹簧、阻尼三元件并联作为悬架构型,对惯容连续控制和惯容开关控制两种方案进行动力学仿真和参数优化。研究结果表明:采用准零刚度控制策略后,车体振动加速度大幅度减小,乘坐舒适性改善明显,同时降低了对阻尼系数的需求,提升了减振效率。通过分析悬架减振过程中各元件的瞬时功率,发现可变惯容起能量补偿作用,使一部分振动能量在弹簧和惯容之间反复动态地传递和转换,突破了弹簧缓冲储能、阻尼生热耗能的传统减振机理,达到了更好的减振效能。

蓝宝石透明装甲结构抗侵彻性能优化研究

利用动力学软件建立了14.5 mm弹体侵彻蓝宝石浮法玻璃聚碳酸酯的透明装甲复合结构有限元模型,利用已有的弹道试验数据进行验证计算,进一步研究了3种材料质量占比对透明装甲复合结构抗侵彻性能的影响。研究结果表明,在总厚度相同的情况下,单一的蓝宝石抗侵彻性能优于多层组合结构;在面密度和聚碳酸酯厚度不变的条件下,随着蓝宝石质量比重的增大,弹体的剩余速度呈现先减小、后增大、再减小的趋势;过多增加聚碳酸酯的厚度降低了复合结构的抗侵彻性能。研究结果为蓝宝石透明装甲轻量化设计提供了参考。

两栖装甲车水上运动仿真平台开发与应用研究

为设计及验证两栖装甲突击车大风浪条件下的火控算法,需要开发其实时仿真平台。传统单刚体车辆动力学模型无法反映车体-炮塔-炮管间复杂的动力学耦合关系,不适合于高动态特性的火控仿真。使用twist-wrench方法建立了车辆的多刚体动力学模型,根据车体与视景中生成的海浪之间的运动关系计算浮力和水动力,水动力系数则事先通过计算流体力学方法得出。以一种滑模控制器为例验证了此系统作为火控算法开发及验证平台的有效性。

基于随机分布式声阵的装甲目标协同定位方法研究

对目标的精确定位是地面值守武器系统的重要任务。针对单个声传感阵列对目标准确定位难、作用距离有限的问题,提出一种基于随机分布式声阵的装甲目标协同定位方法。该方法是一种无源的被动探测方法,通过无线组网技术将随机散布的声传感节点组成探测网络,测量目标的方位角和信号的到达时间差(TDOA),使用扩展卡尔曼滤波算法实现声目标定位,分析单节点定位误差、自组网误差和节点规模对定位精度的影响。仿真结果表明,方位角误差和TDOA误差对协同定位精度影响较大。在同等条件下,协同定位误差比单节点定位误差平均减少了10 m,协同定位精度明显提升,验证了算法的有效性。

热处理工艺对Ti-555装甲钛合金微观组织与力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和万能拉伸机等研究了退火温度、固溶温度、时效时间等工艺参数对新型装甲防护用Ti-555钛合金力学性能、微观组织和晶体结构的影响。结果表明:采用900℃×2 h空冷+550℃×6 h时效的工艺对Ti-555钛合金板材进行热处理后,其具有最优的强塑性和强韧性匹配;加热保温后的冷却速度对合金的强塑性匹配有显著影响,较快的冷却速度使得转变的β组织中形成细针状次生α相和次生α′相,经过进一步时效处理后,合金具有较高的强塑性匹配;随着保温时间的增加和冷却速度的降低,晶体结构由基面织构向柱面织构转变,并出现棱锥面织构,使合金断面收缩率降低,不利于其成形。

反应装甲对金属射流的干扰作用研究

基于爆炸反应装甲与聚能射流的作用机理,研究某新型反应装甲对金属射流的干扰作用,运用理论分析、数值模拟和试验验证的方法进行综合研究,采用三维数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA,运用控制变量法,针对特定结构反应装甲进行不同法线角条件下的侵彻模拟,并进行侵彻过程分析,得到不同法线角条件下反应装甲对金属射流的有效切割长度、金属射流的剩余侵彻速度、反应装甲面板和背板的运动速度随时间变化等干扰作用变化数据,能够观察到反应装甲面板和背板的飞行状态和干扰后的射流形状。根据所得数据、曲线图及侵彻结果图并结合相关干扰作用理论进行分析。得到面板和背板对射流有效干扰长度、面板和背板最大速度、射流剩余侵彻速度等干扰性参数变化规律。对比分析表明,随法线角的增大,面板和背板有效干扰长度逐渐增大,法线角70°工况条件相比于法线角0°,背板有效切割金属射流的长度范围提高了368%;射流剩余侵彻速度随法线角的增大呈减小趋势,法线角在50°~70°范围,射流剩余侵彻速度降低幅度最大;且随法线角的增大,射流受反应装甲干扰作用越强。

直升机复合装甲典型攻角下的防弹能力分析

武装直升机作为战场的战略攻防利器,使用装甲是最典型的防护方式。目前,直升机装甲的防护能力均是以弹体垂直入射时可防护的距离和可防护的最大口径弹种表示,但研究发现,实际状态下弹体几乎不可能以垂直入射的方式实现打击,所以装甲的实际防护能力并未被最大限度地发挥出来。文章通过设计包线试验的方法探究了直升机现用的陶瓷复合装甲在典型攻角下的防护规律,并进行了分析研究,提出了可能的装甲防护力提升设计思路,在倾斜15°的布置方式下,防弹性能可提升19.1%左右。

破片战斗部打击轻型装甲车辆易损性快速计算

为了能够对战斗部打击下的目标易损性进行快速计算与分析,基于C++语言和Qt编程框架编制了目标易损性快速计算软件。针对破片战斗部打击轻型装甲车辆目标建立了相应的计算模型,计算得到了破片战斗部单次打击下的轻型装甲车辆目标毁伤情况,进行了爆点模式下的易损性分析。结果表明:所开发的快速计算软件计算物理毁伤的可靠性较高,可大大节约计算资源,缩短计算耗时;给定工况下打击目标车辆左右两侧时相对更易造成车辆更高等级毁伤程度。

基于可见光与红外图像融合的装甲目标检测算法

针对基于可见光图像的装甲目标检测算法易受地面复杂环境干扰的问题,提出一种基于可见光与红外图像融合的装甲目标检测算法,通过卷积神经网络自适应融合可见光和红外图像特征,提高对地面复杂环境下装甲目标的检测精度。针对装甲目标检测任务,通过实拍方式构建一个在复杂地面环境下的可见光-红外装甲(Visible-Thermal Armored Vehicle,VTAV)目标图像数据集;基于经典的单阶无锚框检测模型,设计前端特征融合结构、中端特征融合结构和后端特征融合结构;在VTAV数据集上对比不同融合结构和不同融合方式间的检测性能差异。实验结果表明,后端特征融合结构性能最佳,与基于可见光图像的装甲目标检测算法相比,mAP@0.5∶0.95提升2.6%,表明基于可见光与红外图像融合的装甲目标检测算法能够有效提升地面复杂环境下装甲目标的检测精度。